Tierra de diatomeas ( / ˌ d aɪ . ə t ə ˈ m eɪ ʃ ə s / DY -ə-tə- MAY -shəs ), diatomita ( / d aɪ ˈ æ t ə m aɪ t / dy- AT -ə-myte ) , celita o kieselgur / kieselguhr es una roca sedimentaria silícea , blanda y natural que se puede desmenuzar en un polvo fino de color blanco a blanquecino . Tiene un tamaño de partícula que oscila entre más de 3 mm y menos de 1 μm , pero normalmente entre 10 y 200 μm. [1] Dependiendo de la granularidad , este polvo puede tener un tacto abrasivo , similar al polvo de piedra pómez , y tiene una baja densidad como resultado de su alta porosidad . La composición química típica de la tierra de diatomeas secada al horno es de 80 a 90 % de sílice , con 2 a 4 % de alúmina (atribuida principalmente a minerales arcillosos ) y de 0,5 a 2 % de óxido de hierro . [2]
La tierra de diatomeas está formada por restos fosilizados de diatomeas , un tipo de microalga de cáscara dura . [3] Se utiliza como coadyuvante de filtración , abrasivo suave en productos que incluyen abrillantadores de metales y pasta de dientes , insecticida mecánico , absorbente de líquidos, agente matificante para revestimientos, masilla de refuerzo en plásticos y caucho, antibloqueo en películas plásticas, soporte poroso para catalizadores químicos, arena para gatos , activador en estudios de coagulación , componente estabilizador de la dinamita , aislante térmico y tierra para plantas y árboles en macetas como en el arte del bonsái . [4] [5] También se utiliza en columnas empaquetadas de cromatografía de gases fabricadas con vidrio o metal como fase estacionaria.
Cada depósito de tierra de diatomeas es diferente, con diferentes mezclas de tierra de diatomeas pura combinada con otras arcillas y minerales naturales. [3] Las diatomeas de cada depósito contienen diferentes cantidades de sílice, dependiendo de las condiciones de sedimentación , de la presencia de otros sedimentos (arcilla, arena, cenizas volcánicas) y de la edad del depósito ( diagénesis , sílice (SiO 2 ) disolución/precipitación, pruebas de diatomeas, envejecimiento). Las especies de diatomeas también pueden diferir entre los depósitos. La especie de diatomea depende de la edad y la paleoecología del depósito. A su vez, la forma de una diatomea está determinada por su especie.
Muchos depósitos en toda la Columbia Británica , como Red Lake Earth, son de la época del Mioceno y contienen una especie de diatomea conocida como Melosira granulata . Estas diatomeas tienen una pequeña forma globular. Un yacimiento que contenga diatomeas de esta época puede aportar ciertos beneficios sobre otros. Por ejemplo, las diatomeas de la época del Eoceno no son tan efectivas en su capacidad para absorber fluidos porque a medida que las diatomeas más antiguas se recristalizan, sus pequeños poros se llenan de sílice. [6]
Las diatomitas se forman por la acumulación de sílice amorfa ( ópalo , SiO 2 · n H 2 O ) restos de diatomeas muertas ( algas unicelulares microscópicas ) en sedimentos lacustres o marinos . Los restos fósiles consisten en un par de conchas o frústulas simétricas . [2] Las diatomitas marinas se encuentran asociadas con una amplia variedad de otros tipos de rocas, pero las diatomitas lacustres casi siempre están asociadas con rocas volcánicas. El pedernal de diatomeas consiste en diatomita cementada con sílice. [7]
Las diatomeas son capaces de extraer sílice del agua que está menos del 1% saturada en sílice amorfa (índice de saturación (SI): -2). Sus frústulas permanecen sin disolver porque están rodeadas por una matriz orgánica. Los minerales arcillosos también pueden precipitar sobre los frústulos y protegerlos de la disolución en el agua de mar. Cuando la diatomea muere, la frústula es despojada de su capa orgánica y expuesta al agua de mar. Como resultado, sólo entre el 1% y el 10% de los frústulos sobreviven el tiempo suficiente para quedar enterrados bajo los sedimentos y una parte de ellos se disuelve en los sedimentos. Se estima que en el registro sedimentario sólo se conserva entre el 0,05% y el 0,15% de la cantidad original de sílice producida por las diatomeas. [8]
En 1836 o 1837, el campesino alemán Peter Kasten descubrió tierra de diatomeas (en alemán: Kieselgur ) al perforar un pozo en la ladera norte de la colina Haußelberg , en Lüneburg Heath , en el norte de Alemania . [9] [10]
El lugar de extracción en Lüneburg Heath fue 1863-1994 Neuohe, mientras que los lugares de almacenamiento fueron:
Los depósitos tienen hasta 28 metros (92 pies) de espesor y son todos de tierra de diatomeas de agua dulce. [ cita necesaria ]
Hasta la Primera Guerra Mundial , casi toda la producción mundial de tierra de diatomeas procedía de esta región. [ cita necesaria ]
En Polonia, en Jawornik se encuentran depósitos de tierra de diatomeas y se componen principalmente de esqueletos de diatomeas (frústulas). [11]
En Alemania, la tierra de diatomeas también se extrajo en Altenschlirf [12] en Vogelsberg ( Alto Hesse ) y en Klieken [13] ( Sajonia-Anhalt ).
Hay una capa de tierra de diatomeas de más de 6 metros (20 pies) de espesor en la reserva natural de Soos en la República Checa. [14]
Los depósitos de la isla de Skye , frente a la costa occidental de Escocia, fueron explotados hasta 1960. [15]
En Colorado y en el condado de Clark, Nevada , Estados Unidos, hay depósitos que en algunos lugares alcanzan varios cientos de metros de espesor. Se han trabajado depósitos marinos en la Formación Sisquoc en el condado de Santa Bárbara, California, cerca de Lompoc y a lo largo de la costa del sur de California . Este es el depósito de diatomita más grande del mundo. [16] Se han explorado depósitos marinos adicionales en Maryland , Virginia , Argelia y MoClay de Dinamarca. Los depósitos de lagos de agua dulce se encuentran en Nevada, Oregón , Washington y California . Los depósitos lacustres también se encuentran en lagos interglaciares en el este de Estados Unidos, Canadá y Europa en Alemania, Francia, Dinamarca y la República Checa. La asociación mundial de depósitos de diatomita y depósitos volcánicos sugiere que la disponibilidad de sílice procedente de cenizas volcánicas puede ser necesaria para depósitos de diatomita espesos. [17]
La tierra de diatomeas a veces se encuentra en las superficies desérticas . Las investigaciones han demostrado que la erosión de la tierra de diatomeas en tales áreas (como la depresión de Bodélé en el Sahara ) es una de las fuentes más importantes de polvo en la atmósfera que afecta el clima. [18]
Los frústulos silíceos de las diatomeas se acumulan en lagos y humedales dulces y salobres. Algunas turbas y lodos contienen suficiente cantidad de frústulas como para poder extraerlas. La mayoría de las tierras de diatomeas de Florida se han encontrado en el lodo de humedales o lagos. La American Diatomite Corporation, de 1935 a 1946, refinó un máximo de 145 toneladas por año en su planta de procesamiento cerca de Clermont, Florida . La suciedad de varios lugares del condado de Lake, Florida , se secó y quemó ( calcinó ) para producir la tierra de diatomeas. [19] Antiguamente se extraía del lago Mývatn en Islandia.
Los depósitos comerciales de diatomita están restringidos a los períodos Terciario o Cuaternario . Se conocen depósitos más antiguos del período Cretácico , pero son de baja calidad. [17]
En Nueva Zelanda se han localizado depósitos de diatomita ricos en fósiles, pero la extracción de los depósitos de Foulden Maar a escala industrial, para su conversión en alimento para animales, ha generado una fuerte oposición. [20]
La tierra de diatomeas está disponible comercialmente en varios formatos:
En 1866, Alfred Nobel descubrió que la nitroglicerina podía volverse mucho más estable si se absorbía en diatomita (kieselguhr). [21] Esto permitió un transporte y manipulación mucho más seguros que la nitroglicerina pura en forma líquida. Nobel patentó esta mezcla como dinamita en 1867; la mezcla también se llama dinamita guhr en referencia al término alemán kieselguhr. [22]
El ingeniero de Celle , Wilhelm Berkefeld, reconoció la capacidad de filtración de la tierra de diatomeas y desarrolló filtros tubulares (conocidos como velas filtrantes) cocidos a partir de tierra de diatomeas. [23] Durante la epidemia de cólera en Hamburgo en 1892, estos filtros Berkefeld se utilizaron con éxito. Una forma de tierra de diatomeas se utiliza como medio filtrante , especialmente para piscinas. Tiene una alta porosidad porque está compuesto de partículas huecas microscópicamente pequeñas. La tierra de diatomeas (a veces denominada por marcas registradas como Celite) se utiliza en química como ayuda de filtración, para aumentar el caudal y filtrar partículas muy finas que de otro modo pasarían a través del papel de filtro u obstruirían . También se utiliza para filtrar agua, particularmente en el proceso de tratamiento de agua potable y en peceras , y otros líquidos, como cerveza y vino. También puede filtrar jarabes, azúcar y miel sin eliminar ni alterar su color, sabor o propiedades nutricionales. [24]
El uso más antiguo de la diatomita es como abrasivo muy suave y se ha utilizado en pasta de dientes , abrillantadores de metales y algunos exfoliantes faciales.
La diatomita es valiosa como insecticida debido a sus propiedades abrasivas y fisicosortivas . [25] El polvo fino absorbe lípidos de la capa exterior cerosa de los exoesqueletos de muchas especies de insectos; esta capa actúa como una barrera que resiste la pérdida de vapor de agua del cuerpo del insecto. Dañar la capa aumenta la evaporación del agua de sus cuerpos, de modo que se deshidratan, a menudo fatalmente.
Esto también funciona contra los gasterópodos y se emplea comúnmente en jardinería para derrotar a las babosas . Sin embargo, dado que las babosas habitan en ambientes húmedos, la eficacia es muy baja. A veces, la tierra de diatomeas se mezcla con un atrayente u otros aditivos para aumentar su eficacia.
No se ha demostrado que la forma de las diatomeas contenidas en un depósito afecte a su funcionalidad a la hora de adsorción de lípidos; sin embargo, ciertas aplicaciones, como las de babosas y caracoles, funcionan mejor cuando se utiliza una diatomea con una forma particular, lo que sugiere que la adsorción de lípidos no es el único factor involucrado. Por ejemplo, en el caso de las babosas y los caracoles, las diatomeas grandes y espinosas funcionan mejor para lacerar el epitelio del molusco. Las conchas de diatomeas funcionarán hasta cierto punto en la gran mayoría de los animales que sufren ecdisis al desprenderse de la cutícula , como los artrópodos o los nematodos . También puede tener otros efectos sobre los lofotrocozoos , como los moluscos o los anélidos .
La diatomita de grado médico se ha estudiado por su eficacia como agente antiparasitario en el ganado; En ambos estudios citados, los grupos tratados con tierra de diatomeas no obtuvieron mejores resultados que los grupos de control. [26] [27] Se usa comúnmente en lugar de ácido bórico y puede usarse para ayudar a controlar y posiblemente eliminar las chinches , [28] las infestaciones de ácaros del polvo doméstico , cucarachas , hormigas y pulgas . [29]
La tierra de diatomeas se aplica ampliamente para el control de insectos en el almacenamiento de granos. [30]
Para que sea eficaz como insecticida, la tierra de diatomeas no debe estar calcinada (es decir, no debe tratarse térmicamente antes de su aplicación) [31] y tener un tamaño medio de partículas inferior a aproximadamente 12 μm (es decir, de calidad alimentaria, ver más abajo). .
Aunque se consideran de riesgo relativamente bajo, los pesticidas que contienen tierra de diatomeas no están exentos de la regulación en los Estados Unidos en virtud de la Ley Federal de Insecticidas, Fungicidas y Rodenticidas y deben registrarse en la Agencia de Protección Ambiental . [32]
Sus propiedades térmicas permiten su uso como material de barrera en algunas cajas fuertes resistentes al fuego. [ cita necesaria ] También se utiliza en aislamiento de polvo evacuado para uso con productos criogénicos. [33] Se inserta polvo de tierra de diatomeas en el espacio de vacío para ayudar en la efectividad del aislamiento al vacío. Se utilizaba en las cocinas clásicas AGA como barrera térmica. [ cita necesaria ]
La tierra de diatomeas también encuentra algún uso como soporte para catalizadores , y generalmente sirve para maximizar el área superficial y la actividad de un catalizador . Por ejemplo, se puede soportar níquel sobre el material (la combinación se llama Ni-Kieselguhr) para mejorar su actividad como catalizador de hidrogenación . [34]
La tierra de diatomeas natural de agua dulce se utiliza en la agricultura para el almacenamiento de cereales como agente antiaglomerante , además de insecticida. [35] Está aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos como aditivo alimentario [36] para prevenir el apelmazamiento . [37]
Algunos creen que puede usarse como antihelmíntico natural (desparasitante), aunque los estudios no han demostrado que sea eficaz. [26] [27] Algunos agricultores lo añaden a los piensos para ganado y aves de corral para evitar que se apelmacen. [38] La "tierra de diatomeas de calidad alimentaria" está ampliamente disponible en las tiendas de suministros de piensos agrícolas.
La diatomita de agua dulce se puede utilizar como medio de cultivo en jardines hidropónicos .
También se utiliza como medio de cultivo para plantas en macetas, especialmente como tierra para bonsáis . Los entusiastas del bonsái lo utilizan como aditivo para el suelo o plantan un árbol de bonsái en tierra 100% de diatomeas. En horticultura se utiliza a veces como acondicionador del suelo , porque al igual que la perlita , la vermiculita y la arcilla expandida , retiene agua y nutrientes, mientras drena rápida y libremente, lo que permite una alta circulación de oxígeno dentro del medio de cultivo.
La tierra de diatomeas natural seca y no calcinada se utiliza habitualmente en la investigación sobre nutrición ganadera como fuente de ceniza insoluble en ácido (AIA), que se utiliza como marcador no digerible. Al medir el contenido de AIA en relación con los nutrientes en las dietas de prueba y las heces o digestas tomadas del íleon terminal (último tercio del intestino delgado), el porcentaje de ese nutriente digerido se puede calcular usando la siguiente ecuación:
dónde:
Muchos investigadores prefieren la tierra de diatomeas de agua dulce natural al óxido crómico, que se ha utilizado ampliamente para el mismo propósito, siendo este último un carcinógeno conocido y, por lo tanto, un peligro potencial para el personal de investigación.
La tierra de diatomeas usada del proceso de elaboración de cerveza se puede agregar a la masa cerámica para la producción de ladrillos rojos con mayor porosidad abierta. [39]
La tierra de diatomeas se considera un material inorgánico no metálico muy destacado que se puede utilizar para la producción de diversas cerámicas, incluida la producción de cerámicas porosas mediante tecnología hidrotermal de baja temperatura. [40]
Ciertas especies de bacterias en océanos y lagos pueden acelerar la velocidad de disolución de la sílice en diatomeas vivas y muertas mediante el uso de enzimas hidrolíticas para descomponer el material orgánico de las algas. [41] [42]
El clima de la Tierra se ve afectado por el polvo en la atmósfera , por lo que localizar las principales fuentes de polvo atmosférico es importante para la climatología . Investigaciones recientes indican que los depósitos superficiales de tierra de diatomeas desempeñan un papel importante. Las investigaciones muestran que una cantidad importante de polvo proviene de la depresión de Bodélé en Chad , donde las tormentas empujan la grava de diatomita sobre las dunas , generando polvo por abrasión . [43]
La inhalación de sílice cristalina es perjudicial para los pulmones y provoca silicosis . Se considera que la sílice amorfa tiene baja toxicidad, pero la inhalación prolongada provoca cambios en los pulmones. [44] La tierra de diatomeas es principalmente sílice amorfa , pero contiene algo de sílice cristalina, especialmente en forma de agua salada. [45] En un estudio de trabajadores realizado en 1978, los expuestos a la tierra de diatomeas natural durante más de cinco años no tuvieron cambios pulmonares significativos, mientras que el 40% de los expuestos a la forma calcinada habían desarrollado neumoconiosis . [46] Las formulaciones de tierra de diatomeas comunes en la actualidad son más seguras de usar, ya que están compuestas predominantemente de sílice amorfa y contienen poca o ninguna sílice cristalina. [47]
El contenido de sílice cristalina de la tierra de diatomeas está regulado en Estados Unidos por la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) y existen lineamientos del Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional que fijan cantidades máximas permitidas en el producto (1%) y en el aire cerca de la zona de respiración de los trabajadores, con un límite de exposición recomendado de 6 mg/m 3 durante una jornada laboral de 8 horas. [47] OSHA ha establecido un límite de exposición permisible para la tierra de diatomeas en 20 mppcf (80 mg/m 3 /%SiO 2 ). En niveles de 3.000 mg/m 3 , la tierra de diatomeas es inmediatamente peligrosa para la vida y la salud. [48]
En la década de 1930, se descubrió que la exposición ocupacional a largo plazo entre los trabajadores de la industria de la tierra de diatomeas de cristobalita que estuvieron expuestos a altos niveles de sílice cristalina en el aire durante décadas tenían un mayor riesgo de silicosis . [49]
La diatomita producida para filtros de piscinas se trata con calor elevado ( calcinación ) y un agente fundente ( ceniza de sosa ), lo que hace que el dióxido de silicio amorfo, antes inofensivo, asuma su forma cristalina. [47]
